标准宇宙学中一种慢滚暴胀模型的研究

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近年来,国内外研究人员对大量的宇宙学观测数据的分析表明,宇宙处在一个加速膨胀的时期。传统宇宙学所提出的宇宙进行减速膨胀的理论逐渐被国内外学者所摒弃。暴胀理论很好的解释了早期宇宙加速膨胀的问题,而且对于标准模型所导致的三个疑难:平性问题,视界问题和磁单极子问题,提供了很好的解释。而且,除了解决了最初的经典问题之外,暴胀理论还预言了宇宙微波背景辐射和大尺度结构中的一些性质。暴胀理论表明,在辐射主导时期之前,存在一个暴胀时期,此时的Friedman-Robertson-Walker尺度因子a(t)是按照指数形式增长的。指数形式的暴胀平滑掉了初始的不均匀性,得到了近乎各向同性、平直的宇宙。暴胀过程同时也导致了磁单极子对宇宙质量密度贡献的巨幅减小,从而很好的解释了粒子物理中无法观测到磁单极子的问题。暴胀理论所提出的暴胀模型一般由标量场驱动,且只由一个标量场驱动,其他场在暴胀过程中的贡献可以忽略不计的暴胀模型被称为单标量场暴胀。本文首先回顾标准宇宙学和慢滚暴胀理论,然后介绍暴胀理论中对于慢滚方程以及微扰的处理方法。我们提出一种基本上符合PLANCK2015和WAMP观测数据[11,43,58]的新模型。模型的势为V=V0{1+ln[(?/Mpl)n+(Mpl/?)n]}。我们发现当n=4时,此模型下的标量谱的谱指数ns、张量-标量比r、以及非高斯性fNL与最新的观测符合较好。这个模型的创新之处在于我们提出的暴胀模型可以让暴胀场从势能高处自然得慢滚到势能低处,并且,在势能的最低点处模型不再满足慢滚条件,从而自然终止。我们给出了对模型的慢滚参数的具体研究,证明在暴胀阶段,慢滚参数确实满足慢滚暴胀的要求。之后利用BINGO程序,我们给出了模型的标量扰动的功率谱的图形。利用BINGO程序,我们计算出模型的非高斯性参数,并与Planck卫星和WMAP工作组的宇宙学观测数据的结果进行比对,证明这个新的模型确实得到了宇宙学观测结果的支持。本文第四章我们将会对这种模型进行具体分析。
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